[ziesell]

Gammastrahlen-Ausbruch: Toter Stern erhellt nahe Galaxie

Mitarbeiter der Esa haben möglicherweise den ersten Magnetar außerhalb der Milchstraße entdeckt. Das Phänomen konnte durch flexibel einsetzbare Sonden untersucht werden.



Die Raumsonde Integral der europäischen Raumfahrtbehörde Esa hat für eine Zehntelsekunde einen Ausbruch von Gammastrahlen aus der nahe gelegenen Galaxie M82 entdeckt. Dabei soll es sich um den Flare eines Magnetars handeln. Magnetare sind junge Neutronensterne mit einem außergewöhnlich starken Magnetfeld.

Anschließend suchte das europäische Weltraumobservatorium XMM-Netwon nach einem Nachleuchten der Explosion – ohne Erfolg, berichtet die Raumfahrtbehörde am 24. April 2024 in einer Pressemitteilung (via E-Mail). Wenn es sich um einen kurzen Gammastrahlenausbruch gehandelt hätte, der von zwei kollidierenden Neutronensternen verursacht wurde, hätte die Kollision Gravitationswellen erzeugt.

"Die Beobachtungen von XMM-Newton zeigten nur das heiße Gas und die Sterne in der Galaxie", erklärt Studienautorin Michela Rigoselli vom Nationalen Institut für Astrophysik (INAF-IASF). Bei einem Gammastrahlenausbruch "hätten wir eine schwächer werdende Quelle von Röntgenstrahlen gesehen, die von diesem Ort ausgeht, aber dieses Nachleuchten war nicht vorhanden".

Automatische Sofortmitteilung

Der Ausbruch ereignete sich im November 2023. Die Satellitendaten wurden im Integral Science Data Centre in Genf empfangen. Nur 13 Sekunden nach der Entdeckung des Gammastrahlenausbruchs wurde eine Mitteilung an Astronomen in aller Welt verschickt.

Die verwendete IBAS-Software (Integral Burst Alert System) lieferte eine automatische Lokalisierung, die mit der nahe gelegenen Galaxie M82 übereinstimmte. "Uns war sofort klar, dass dies ein besonderer Alarm war. Gammastrahlenausbrüche kommen von weit entfernten Orten am Himmel, aber dieser Ausbruch kam von einer hellen Galaxie in der Nähe", erklärte der Hauptautor Sandro Mereghetti vom INAF in Mailand (Italien).

Auch die anschließende Durchmusterung der Region im sichtbaren Licht durch bodengestützte optischen Teleskope war erfolglos. "Da es weder ein Signal im Röntgenlicht noch im sichtbaren Licht gab und auch keine Gravitationswellen von Detektoren auf der Erde (Ligo, Virgo, Kagra) gemessen wurden, sind wir sicher, dass das Signal von einem Magnetar stammt", schlussfolgerte Mereghetti.

Esa-Entdeckung: Wahrscheinlich ein Magnetar

Besonders bei unerwarteten Beobachtungen kann die Esa Integral und XMM-Newton flexibel einsetzen. "Wären die Beobachtungen in diesem Fall auch nur einen Tag später durchgeführt worden, hätten wir keinen so starken Beweis dafür, dass es sich tatsächlich um einen Magnetar und nicht um einen Gammastrahlenausbruch handelt", erklärte der Integral-Projektwissenschaftler Jan-Uwe Ness.

Wenn Sterne mit mehr als der achtfachen Masse der Sonne sterben, explodieren sie in einer Supernova, die ein schwarzes Loch oder einen Neutronenstern hinterlässt. Neutronensterne sind sehr kompakte stellare Überreste mit mehr als der Masse der Sonne, die in eine Kugel von der Größe einer Stadt gepackt sind. Sie rotieren schnell und haben starke Magnetfelder.

"Einige junge Neutronensterne haben besonders starke Magnetfelder, die mehr als 10.000-mal so stark sind wie die von typischen Neutronensternen. Diese werden Magnetare genannt. Sie stoßen Energie in Form von Flares aus, und manchmal sind diese Flares gigantisch", erklärte Ashley Chrimes, Research Fellow bei der Esa.
Beeinflussung der irdischen Atmosphäre

Solche Ausbrüche sind sehr stark. Trotz einer Entfernung von 30.000 Lichtjahren traf im Dezember 2004 einer dieser Ausbrüche die obere Schicht der Erdatmosphäre. Ähnlich wie Sonneneruptionen, die aus einer viel geringeren Entfernung kommen, beeinflussen diese Ereignisse die Erdatmosphäre.


Galaxie M82: Unscharfe blaue Flecken übersäen eine dunkelblaue Himmelskarte. Ein Fleck ist viel heller als die anderen, und zwei Bilder zeigen einen Ausschnitt, der diesen Fleck vergrößert. Einer der Ausschnitte zeigt die Röntgenstrahlung der Galaxie und der andere eine Beobachtung im sichtbaren Licht (credit: ESA/Integral, ESA/XMM-Newton, INAF/TNG, M. Rigoselli (INAF)).


Illustration eines Magnetars (credit; Esa).

In den vergangenen 50 Jahren der Gammastrahlenbeobachtung wurden jedoch nur drei riesige Flares von Magnetaren in unserer Galaxie beobachtet. Mit dem nun beobachteten Ausbruch wurde der erste Magnetar außerhalb der Milchstraße bestätigt.

M82 ist eine helle Galaxie, in der Sternentstehung stattfindet. In diesen Regionen werden massereiche Sterne geboren, die ein kurzes, turbulentes Leben führen und einen Neutronenstern zurücklassen. Die Entdeckung eines Magnetars in dieser Region bestätigt, dass Magnetare wahrscheinlich junge Neutronensterne sind.

Weitere kurze Gammastrahlenausbrüche, die Integral beobachtet hat, könnten ebenfalls "Riesenfackeln von Magnetaren" sein, erklärte Mereghetti. Solche Ausbrüche könnten jedoch nur zufällig beobachtet werden. "Deshalb ist Integral mit seinem großen Gesichtsfeld, das mehr als 3.000-mal größer ist als die vom Mond bedeckte Himmelsfläche, so wichtig für diese Entdeckungen", betont Jan-Uwe.

Zur Studie

Die Forschungsarbeit wurde bereits am 10. März 2024 auf dem Preprint-Server Arxiv.org veröffentlicht: A magnetar giant flare in the nearby starburst galaxy M82 (Ein Magnetar-Riesenflare in der nahen Starburst-Galaxie M82).

Die Veröffentlichung im Fachmagazin Nature soll nach der Aufhebung des Embargos für den 24. April 2024 (17 Uhr MESZ) erfolgen.

Anmerkung: Die Pressemitteilung erreichte uns per E-Mail, weswegen wir sie zum Veröffentlichungszeitpunkt nicht verlinken konnten.

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